(57)【要約】【課題】規格の異なる３種類の光ディスクに対して波面収差を最適化することを実現する。【解決手段】電極21ａ，電極21ｂが交互に環状配列してなる第１の電極層21と電極25ａ，電極25ｂが交互に環状配列してなる第２の電極層25とを有し、電極21ａ，21ｂまたは電極25ａ，25ｂ間に、電気抵抗が低いＩＴＯ27と電気抵抗が高い隙間28と備え、第１の電極層21における電極間は長波長の光源に対して波面収差が最適化可能なピッチに設定し、第２の電極層25の電極間は中波長の光源に対して波面収差が最適化可能なピッチに設定しており、長波長または中波長の光束が光学素子10に入射する場合、電極21ａ，21ｂ，25ａ，25ｂの電位の大きさを変えて所定の回折素子を形成し波面収差を最適化し、短波長の光束が光学素子10に入射する場合、電極21ａ，21ｂ，25ａ，25ｂの電位の大きさを揃えて液晶層の電界強度を均一化させ、光学素子10を透過させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極が交互に円環状配列した第１の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第２の電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第１の電極層の電極間に電位差を与え、前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、第１の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、平行平板として作用することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の電極層または前記第２の電極層の電極間に電位差を与えることで発生する屈折率分布は、同心円状に間隔が異なるブレーズ形状であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記液晶層の複屈折をΔｎ、厚さをｄ、前記光学素子を透過する光の波長をλ、前記光学素子で回折する回折光の次数をｍとすると、
（ｍ−０．２６）・λ≦Δｎ・ｄ≦（ｍ＋０．２６）・λ
の関係を満たす複屈折および厚さを備えたことを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記電極層は、同一方向に開口しかつ大きさが異なるＣ字形状が円環状に連続しておりさらに前記Ｃ字形状を２分する引出し線を備えた一方の電極と、この電極とは対称な向きに開口しかつ大きさの違うＣ字形状が円環状に連続しておりさらに前記Ｃ字形状を２分する引出し線を備えた他方の電極とを、交互に配置したものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
偏光方向が同一でかつ波長がそれぞれ異なる３つの光束に対して情報記録媒体へ向かう光束と情報記録媒体で反射した光束の偏光方向を変えるλ／４板と、情報記録媒体へ向かう各光束に集光作用を持つ対物レンズを備え、かつλ／４板と対物レンズよりも光源側に配置される集積光学素子であって、
２つの電極が交互に円環状配列した第１の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第２の電極層と、前記第１電極層と第２電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第１の電極層の電極間に電位差を与え前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体へ向かう第１の光束に対して第１の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体へ向かう第２の光束に対して、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、情報記録媒体へ向かう第３の光束に対して、平行平板として作用することを特徴とする第１の光学素子と、
２つの電極が交互に円環状配列した第３の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第４の電極層と、前記第３電極層と前記第４電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第３の電極層の電極間に電位差を与え前記第４の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体で反射した第１の光束に対して第３の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体で反射した第２の光束に対して、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、情報記録媒体で反射した第３の光束に対して、平行平板として作用することを特徴とする第２の光学素子とが、積層されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
前記λ／４板を積層したことを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
前記対物レンズを支持しかつ前記対物レンズを情報記録媒体に対してフォーカス方向、トラック方向に駆動するアクチュエータにおいて、前記対物レンズを固定する支持部に対し、請求項１〜６のいずれか１項記載の光学素子を固定したことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
波長７６０〜８００ｎｍの波長の光束を出射する第１の光源と、波長６４０〜６８０ｎｍの波長の光束を出射する第２の光源と、波長３８０〜４２０ｎｍの波長の光束を出射する第３の光源と、各光源からの光束を１つの光束に合成する光束合成手段と、合成された各光束を所定の基盤厚の情報記録媒体に集光する１つの対物レンズと、情報記録媒体へ向かう光束と情報記録媒体で反射した光束を分岐する光分岐手段と、情報記録媒体で反射した光束を検出する受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、
前記光束合成手段と前記対物レンズの間に請求項１〜６のいずれか１項記載の光学素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
前記光学素子において回折される波長の光束は、前記第１光源および前記第２光源で出射される光束であって、前記第１の光源の光束の回折次数は５次であり、前記第２の光源の光束の回折次数は６次であることを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光ピックアップを搭載した光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長の光源から出射した光束を１つの対物レンズで集光するために、点距離を波長ごとに切り換える液晶回折素子等の光学素子、この光学素子を有するアクチュエータ、光ピックアップおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置では、光ディスクのスパイラル状または同心円状にトラックが形成された記録面にレーザ光を照射することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の記録・再生・消去の動作を行っている。
【０００３】
図１１は光ディスク装置の光学系である光ピックアップの概略的を示す説明図であり、光源１０１、カップリングレンズ１０２、光分岐手段（ビームスプリッタ）１０３、立ち上げミラー１０４、対物レンズ１０５および受光素子１０７等を有し、さらに、光ディスク１０６に形成する微小スポットを制御するために、対物レンズ１０５をフォーカス・トラック制御するためのレンズアクチュエータを備えている。
【０００４】
そして、光源１０１からの光が、カップリングレンズ１０２によって平行光となり、光分岐手段１０３を透過し、立ち上げミラー１０４によって対物レンズ１０５側に反射され、対物レンズ１０５によって集光されて、光ディスク１０６に微小スポットが形成される。さらに、光ディスク１０６からの反射光は、入射光とは逆の経路を通り、光分岐手段１０３によって分岐されて受光素子１０７に導かれる。
【０００５】
近年、光ディスクの種類として、記録容量がＣＤ（Compact Disc）よりも飛躍的に大きなＤＶＤ（Digital Versatile Disc）や、さらに先の青色波長の光源に対応したディスクの規格が提唱されている。青色波長の光源に対応したディスクについては、基板厚が０．１ｍｍ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）の規格が提唱されている。ＣＤに対して記録および再生を行うには波長が７８５ｎｍの光源が用いられ、ＤＶＤに対して記録および再生を行うには波長が６６０ｎｍの光源が用いられ、Ｂｌｕ−ｒａｙ用ディスクに対して記録および再生を行うには波長が４０５ｎｍの光源が用いられる。ここで、ディスク基板厚・光源の波長・対物レンズのＮＡ（開口数）の関係を（表１）に示す。
【０００６】
【表１】
2006286028.tif 000003
このような３つのディスク規格に対して、１つの対物レンズで各ディスクに微小スポットを形成しようとした場合、各規格に応じて対物レンズに入射する光の発散具合を変えることで、波面収差を最適化するという技術が知られている。（表２）は、１つの対物レンズで各規格に応じて対物レンズに入射する光の発散具合を変えたことで、波面収差を低減した時のレンズ設計例である。
【０００７】
【表２】
2006286028.tif 000004
【０００８】
【数１】
2006286028.tif 000005
（数１）は、非球面形状を示す一般式であり、ｚは光軸方向の距離、ｈは半径位置に相当する。ｃは曲率であり、曲率半径の逆数で定義される。ＡからＤは非球面係数であり、半径位置の各次数における係数である。ｋは円錐係数と呼ばれ、ｋ＝０は球面、−１＜ｋ＜０で光軸上に長軸がある楕円、ｋ＝−１で放物面、ｋ＜−１で双曲面を意味する。
【０００９】
ここで、２面と３面が対物レンズ、４面が光ディスクに該当する。光ディスクと対物レンズの間を示す距離は便宜上、３面、５面、６面に分けて定義した。光ディスクと対物レンズ出射面の距離は差動距離（ＷＤ）と呼ばれ、（表２）の第３面の厚さで示される。
【００１０】
ここで、第０面の厚さは物点距離と呼ばれる。対物レンズ入射面（２面）に対して平行光で入射した場合、物点距離は∞になり、発散光で入射した場合有限の値になる。物点距離の有限の値が小さいほど、発散具合が大きいことを意味する。（表２）に示すとおり、Ｂｌｕ−ｒａｙ用ディスクは平行光で入射し、ＤＶＤおよびＣＤは発散光で入射していることが分かる。
【００１１】
対物レンズの厚さをｔ（２面厚さ）、物点距離をｓ、差動距離をＷＤとすると、（数２）の式の関係が成り立つことが知られている。
【００１２】
【数２】
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ＣＤ系の光ディスクは、一般的に面ぶれ量が大きく、対物レンズの差動距離ＷＤを大きくとる必要がある。このため、光学系における物点距離ｓは（数２）により短くなることが分かる。（表２）に示されるように、ＣＤの物点距離は２３．６（ｍｍ）と非常に短い。
【００１３】
先に述べたように、光ピックアップにおいて、光源と対物レンズの間には、カップリングレンズ、光分岐手段、立ち上げミラーといった光学素子が配置される。また、３波長の光源を持つ３世代互換光ピックアップにおいては、さらに各光源から出射された光束を合成するための光束合成手段も配置される。ところが、（表２）に示すように、ＣＤの物点距離が非常に短いため、これらの光学素子を配置することが困難である。かかる不具合に対して、例えば、特許文献１，２に記載された技術が先行開発されている。
【００１４】
図１３は特許文献１における波長結合素子およびそれを備えた光ピックアップ装置の要部を示す説明図であり、１１０は波長結合素子、１１１は対物レンズ、１１２は光ディスクを示す。
【００１５】
波長結合素子１１０は、λ１、λ２、λ３の光束が透過する光学素子あって、λ３に対してのみ回折作用を引き起こし入射光と出射光の発散具合を変えるものである。より具体的には、λ１、λ２の光の偏光方向を揃え、それに対して直交した方向にλ３の偏光方向を向ける。前述した波長結合素子１１０は、λ３の偏光方向にのみ作用する偏光選択性を備えている。光学系は、直線偏光のまま光ディスク１１２に集光、反射するので、λ３の光束に対しては往復時に波長結合素子４１の回折が作用し、λ１およびλ２の光束に対しては作用しない。
【００１６】
図１４は特許文献２における収差補正液晶ユニット、光ピックアップ装置および収差補正装置の要部を示す説明図であり、特許文献２には、液晶層に対して、第１電極Ｐｎおよび第２電極Ｑｎに電圧を印加することによって生じる位相差による回折格子を形成し、電圧印加のオン・オフの切替で、回折レンズ作用がある場合とない場合を作り出し、擬似的な物点距離を切り換える収差補正液晶ユニットについて記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２９４９２６号公報
【特許文献２】特開２００２−０１５４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
一般的な記録および消去動作が可能な光ディスクドライブに搭載される光ピックアップの構成例を図１２に示す。なお、図１２において、図１１における部材と同一の部材または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。光源１０１、カップリングレンズ１０２を出射した光束は、光分岐手段１０３を抜け、立ち上げミラー１０４で反射し、対物レンズ１０５で光ディスク１０６に集光される。ここで、立ち上げミラー１０４と光ディスク１０６の間にλ／４板１０８を設置することで、光源１０１から出射した直線偏光は円偏光に変換され、光ディスク１０６で反射することによって逆回り円偏光になり、再びλ／４板１０８を抜けることで、光ディスク１０６に向かう直線偏光に対して、偏光方向が直交した直線偏光になる。このため、検出分離手段に偏光選択性のあるＰＢＳ（光分岐手段１０３）を設置することで、光ディスクで反射した光束は受光素子１０７へ向かう。このような光学系のことを偏光光学系と呼ぶ。
【００１８】
ところが、特許文献１の構成においては、波長結合素子自体が偏光選択性を備えることで、λ１、λ２、λ３の光束に対してλ３のみを回折するので、偏光光学系を形成することができない。
【００１９】
また、特許文献２の収差補正液晶ユニットでは、２光源に対する光源と基盤厚の組合せに対する波面収差しか最適化することができず、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＤＶＤ、ＣＤの光源および基盤厚の組合せに対する波面収差の最適化を実現することができない。
【００２０】
本発明は、このような問題点を解決し、規格の異なる３種類の光ディスクに対して波面収差を最適化することを実現した光学素子、アクチュエータ、光ピックアップおよび光ディスク装置を提供することを第１の目的とする。
【００２１】
また、各種光学素子を配置できるような設置領域を確保することを第２の目的とする。
【００２２】
また、各規格の光ディスクに対して光学系の往復時の光利用効率を十分高め、記録に必要な光出力を得ることを第３の目的とする。
【００２３】
また、その為の光学素子を小型に構成することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記目的を達成するため、本発明は、２つの電極が交互に円環状配列した第１の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第２の電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第１の電極層の電極間に電位差を与え、前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、第１の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、平行平板として作用することを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記第１の電極層または前記第２の電極層の電極間に電位差を与えることで発生する屈折率分布は、同心円状に間隔が異なるブレーズ形状であることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記液晶層の複屈折をΔｎ、厚さをｄ、前記光学素子を透過する光の波長をλ、前記光学素子で回折する回折光の次数をｍとすると、
（ｍ−０．２６）・λ≦Δｎ・ｄ≦（ｍ＋０．２６）・λ
の関係を満たす複屈折および厚さを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記電極層は、同一方向に開口しかつ大きさが異なるＣ字形状が円環状に連続しておりさらに前記Ｃ字形状を２分する引出し線を備えた一方の電極と、この電極とは対称な向きに開口しかつ大きさの違うＣ字形状が円環状に連続しておりさらに前記Ｃ字形状を２分する引出し線を備えた他方の電極とを、交互に配置したものであることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、偏光方向が同一でかつ波長がそれぞれ異なる３つの光束に対して情報記録媒体へ向かう光束と情報記録媒体で反射した光束の偏光方向を変えるλ／４板と、情報記録媒体へ向かう各光束に集光作用を持つ対物レンズを備え、かつλ／４板と対物レンズよりも光源側に配置される集積光学素子であって、２つの電極が交互に円環状配列した第１の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第２の電極層と、前記第１電極層と第２電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第１の電極層の電極間に電位差を与え前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体へ向かう第１の光束に対して第１の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体へ向かう第２の光束に対して、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、情報記録媒体へ向かう第３の光束に対して、平行平板として作用することを特徴とする第１の光学素子と、２つの電極が交互に円環状配列した第３の電極層と、前記２つの電極とは異なる間隔で、別の２つの電極が交互に円環状配列した第４の電極層と、前記第３電極層と前記第４電極層とに挟持された液晶層とを備え、前記第３の電極層の電極間に電位差を与え前記第４の電極層の電極間に電位差を与えないことで生じる液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体で反射した第１の光束に対して第３の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間に電位差を与えず前記第２の電極間に電位差を与えることで生じる前記液晶層の屈折率分布によって、情報記録媒体で反射した第２の光束に対して、第２の回折効果を持つ回折素子を形成し、前記第１の電極層の電極間および前記第２の電極層の電極間に電位差を与えないことで、情報記録媒体で反射した第３の光束に対して、平行平板として作用することを特徴とする第２の光学素子とが、積層されていることを特徴とする。
【００２９】
また本発明の光学素子は、前記λ／４板を積層したことを特徴とする。
【００３０】
また本発明の光学素子は、前記対物レンズを支持しかつ前記対物レンズを情報記録媒体に対してフォーカス方向、トラック方向に駆動するアクチュエータにおいて、前記対物レンズを固定する支持部に対し、固定されていることを特徴とする。
【００３１】
また本発明の光ピックアップは、波長７６０〜８００ｎｍの波長の光束を出射する第１の光源と、波長６４０〜６８０ｎｍの波長の光束を出射する第２の光源と、波長３８０〜４２０ｎｍの波長の光束を出射する第３の光源と、各光源からの光束を１つの光束に合成する光束合成手段と、合成された各光束を所定の基盤厚の情報記録媒体に集光する１つの対物レンズと、情報記録媒体へ向かう光束と情報記録媒体で反射した光束を分岐する光分岐手段と、情報記録媒体で反射した光束を検出する受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、前記光束合成手段と前記対物レンズの間に前記本発明の光学素子を配置したことを特徴とする。
【００３２】
また本発明の光ピックアップは、前記光学素子において回折される波長の光束は、前記第１光源および前記第２光源で出射される光束であって、前記第１の光源の光束の回折次数は５次であり、前記第２の光源の光束の回折次数は６次であることを特徴とする。
【００３３】
また本発明の光ディスク装置は、前記本発明の光ピックアップを搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１の発明によれば、各光束に応じて電極層の電極に与える電位を切り換えることで、光束の発散具合を選択的に変えることができる。これにより、１つの対物レンズで各光束を集光する際に、十分波面収差を小さく設定でき、同時に光学素子に入射する光束を平行光に設定することで、各種光学素子を配置できる設置領域を確保することができる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、光学素子で発生する屈折率分布をブレーズ形状にすることで、高い回折効率を得ることが可能になる。
【００３６】
請求項３の発明によれば、前記ブレーズ形状を形成する液晶の複屈折Δｎおよび厚さｄを
（ｍ−０．２６）・λ≦Δｎ・ｄ≦（ｍ＋０．２６）・λ
にすることで、回折効率８０％以上の効率を得ることが可能になる。
【００３７】
請求項４の発明によれば、電極層の電極パターンを請求項記載の形状に形成することで、同電極内での電位差の発生を抑えることができ、屈折率分布の劣化部を低減でき、回折効率の高い光学素子を得ることができる。
【００３８】
請求項５の発明によれば、偏光光学系のように往復時に偏光方向が変わるような記録型光ディスクドライブの光ピックアップに対しても、光学素子における選択的な発散具合の切り換え効果を往復時に作用させることができ、光利用効率の高いシステムを要求する光学系においても、波面収差を小さくすると同時に各種光学素子を配置できる設置領域を確保することができる。
【００３９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の集積光学素子とλ／４板を積層することで、集積光学素子を形成する透明部材部分と、λ／４板を形成する透明部材部分を共通化することができ、光学系をより小型化することが可能になる。
【００４０】
請求項７記載の発明によれば、光学素子を対物レンズと一体駆動することにより、軸ずれなどによる波面収差の劣化を抑えることが可能になる。
【００４１】
請求項８記載の発明によれば、３波長の光源を持つ光ピックアップにおいて、それぞれ規格の異なる光ディスクに対して、波面収差を最適化することが可能になり、適切なスポットが得られる。
【００４２】
請求項９記載の発明によれば、ＤＶＤ、ＣＤの光束に対して本発明の光学素子における回折作用を引き起こし、同時に各次数をＤＶＤ：６次、ＣＤ：５次とすることで、共に高い回折効率が得られ、各光ディスクに記録する際に必要な光出力が得られる光ピックアップアップが実現できる。
【００４３】
請求項１０記載の発明によれば、各規格に応じた光ディスクに対して、十分な光利用効率および十分集光されたスポットの光ピックアップを搭載することで、記録・再生・消去品質の高い、光ディスク装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
図１は本発明の光学素子を有する光ピックアップの基本構成を示す概略構成図であり、１ｃ，１ｄは受光ユニット、２ｃ，２ｄ，２ｂは光源、３ｃ，３ｄは光分岐手段、４ｃ，４ｄ，４ｂは受光素子を示す。受光ユニット１ｃには、光源２ｃ，光分岐手段３ｃおよび受光素子４ｃが備えられており、受光ユニット１ｄには、光源２ｄ，光分岐手段３ｄおよび受光素子４ｄが備えられている。
【００４６】
光源２ｃは波長７６０〜８００ｎｍの長波長の光束を発し、光源２ｄは波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束を発し、光源２ｂは波長３８０〜４２０ｎｍの短波長の光束を発するものである。各光源２ｃ，２ｄ，２ｂにそれぞれ対応して、各光源２ｃ，２ｄ，２ｂからの光束を略平行光にするためのカップリングレンズ５ｃ，５ｄ，５ｂが設けられている。さらに、カップリングレンズ５ｃ，５ｄ，５ｂによって略平行光になった光束の光路を束を同一光路に合成する光束合成手段６、光束合成手段７が設けられ、この光束合成手段６、光束合成手段７により合成された光束の光路上には、光束の向きを変える立ち上げミラー９およびその光束を情報記録媒体１２（Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＤＶＤ、ＣＤ）上に集光させる共通の対物レンズ１１が設けられている。なお、以降の説明において、情報記録媒体１２が、Ｂｌｕ−ｒａｙの場合には情報記録媒体１２ｂ、ＤＶＤの場合には情報記録媒体１２ｄ、ＣＤの場合には情報記録媒体１２ｃと称することにする。
【００４７】
対物レンズ１１により集光された光束は、光源２ｃ（７６０〜８００ｎｍ）からの光束に対しては基板厚が最も厚い情報記録媒体１２ｃ（ＣＤ）の記録面にスポットを形成し、光源２ｄ（６４０〜６８０ｎｍ）からの光束に対しては基板厚が中間の情報記録媒体１２ｄ（ＤＶＤ）の記録面にスポットを形成し、光源２ｂ（３８０〜４２０ｎｍ）からの光束に対しては基板厚が最も薄い情報記録媒体１２ｂ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）の記録面にスポットを形成するように設定されている。
【００４８】
本実施形態においては、立ち上げミラー９に近い順に、光束合成手段６，光束合成手段７，光分岐手段８が備えられており、光源２ｃからの光が光束合成手段６によって偏向され、光源２ｄからの光が光束合成手段７によって偏向され、光源２ｂからの光が光分岐手段８を通過した際に、各光源２ｃ，２ｄ，２ｂからの光束における光束合成手段７から情報記録媒体１２までの経路が同一経路となるように配置されている。
【００４９】
立ち上げミラー９と対物レンズ１１との間の光路上には、光学素子１０が配設されている。前述の対物レンズ１１は、光源２ｃ，２ｄ，２ｂの内、光源２ｂの波長と基板厚の組合せに対して、波面収差が最小になるように設計されており、他方の光源２ｃ，２ｄの波長と基板厚の組合せに対しては波面収差が増大することから、光学素子１０は、光源２ｃ，２ｄの波長と基板厚の組合せにおいて大きな波面収差が発生した場合に、有効な電気的切替機能のある波面収差補正素子として構成されている。
【００５０】
そして、情報記録媒体１２ｃによって反射された光源２ｃからの光束は、対物レンズ１１、光学素子１０、立ち上げミラー９を介して、光束合成手段６によって偏向され、カップリングレンズ５ｃを通り、光分岐手段３ｃによって光路が変えられ、受光素子４ｃに導かれる。情報記録媒体１２ｄによって反射された光源２ｄからの光束は、対物レンズ１１、光学素子１０、立ち上げミラー９を介して、光束合成手段６を透過し、光束合成手段７によって偏向され、カップリングレンズ５ｄを通り、光分岐手段３ｄによって光路が変えられ、受光素子４ｄに導かれる。情報記録媒体１２ｂによって反射された光源２ｂからの光束は、対物レンズ１１、光学素子１０、立ち上げミラー９を通り、光束合成手段６および光束合成手段７を透過し、光分岐手段８によって偏向され、検出レンズ５ｂｄを通り、受光素子４ｂに導かれる。
【００５１】
図２は光学素子１０の構成例を示す断面図である。光学素子１０は、透明部材部分２０、第１の電極層２１、配向膜２２、液晶層２３、配向膜２４、第２の電極層２５、透明部材部分２６から構成されている。第１の電極層２１は、電極２１ａおよび電極２１ｂが交互に環状配列した２つの電極からなる。各電極間は、電気抵抗が低いＩＴＯ２７と、電気抵抗が高い隙間２８からなる。第２の電極層２５も、電極２５ａおよび電極２５ｂが交互に環状配列した２つの電極からなる。各電極間は、第１の電極層２１と同様に、電気抵抗が低いＩＴＯ２７と、電気抵抗が高い隙間２８からなる。第１の電極層２１における電極間は、光源２ｃに対して波面収差が最適化できるようなピッチ（間隔）を設定しており、第２の電極層２５における電極間は、光源２ｄに対して波面収差が最適化できるようなピッチ（間隔）に設定されている。
【００５２】
次に、各電極層２１，２５の電極パターンを図３を参照して説明する。図３（ａ）は第１の電極層２１における電極パターンを示すものである。電極２１ａは、同一方向（図面下向き）に開口した大きさの違うＣの字形状が円環状に連続して配列し、それらを導通させるように、Ｃの字形状を２分する引出し線を備えたものである。同時に、電極２１ｂも、同一方向（図面上向き）に開口した大きさの違うＣの字形状が円環状に連続して配列し、それらを導通させるように、Ｃの字形状を２分する引出し線を備えている。電極２１ａと電極２１ｂは、互いに交わることがないように、Ｃの字形状の開口部を逆向きに向かせて配置している。電極２１ａと電極２１ｂの狭い間隔の部位が、電気抵抗が高い隙間２８であり、電極２１ｂと電極２１ａの広い間隔の部位が、電気抵抗が低いＩＴＯ２７で構成される。
【００５３】
図３（ｂ）は第２の電極層２５における電極パターンである。電極２５ａは、同一方向（図面下向き）に開口した大きさの違うＣの字形状が円環状に連続して配列し、それらを導通させるように、Ｃの字形状を２分する引出し線を備えたものである。同時に、電極２５ｂも、同一方向（図面上向き）に開口した大きさの違うＣの字形状が円環状に連続して配列し、それらを導通させるように、Ｃの字形状を２分する引出し線を備えている。電極２５ａと電極２５ｂは、互いに交わることがないように、Ｃの字形状の開口部を逆向きに向かせて配置している。電極２５ａと電極２５ｂの狭い間隔の部位が、電気抵抗が高い隙間２８であり、電極２５ｂと電極２５ａの広い間隔の部位が、電気抵抗が低いＩＴＯ２７で構成される。
【００５４】
電極２１ａの電位をＶ１ａ、電極２１ｂの電位をＶ１ｂ、電極２５ａの電位をＶ２ａ、電極２５ｂの電位をＶ２ｂとすると、｜Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ｜＞｜Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ｜＝０とすることで、液晶層２３には、第１の電極層２１のＩＴＯ２７に応じた領域に電界強度が発生する。一方、電気抵抗が高い隙間２８に応じた領域には電界強度が生じない。このため、図３（ａ）中段のような第１の電極層２１における電極配置に応じた円環状のブレーズ形状（鋸波）の電界強度分布が生じる。一方、｜Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ｜＜｜Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ｜＝０とすることによって、液晶層２３には、第２の電極層２５のＩＴＯ２７に応じた領域に電界強度が発生する。一方、電気抵抗が高い隙間２８に応じた領域には電界強度が生じないことから、図３（ｂ）中段のような第２の電極層２５における電極配置に応じた円環状のブレーズ形状（鋸波）の電界強度分布が生じる。
【００５５】
第１の電極層２１と第２の電極層２５の間に挟まれた液晶層２３に電界強度が発生すると、液晶層２３の液晶分子が傾斜する。図４は液晶分子の屈折率構造体（楕円長軸が屈折率の高い軸）が電界によって傾斜する様子を示すものであり、通常、液晶分子は一方向の屈折率が大きな細長い棒状の屈折率異方性を持っている。このため、第１の電極２１と第２の電極間２５に電界強度が存在しない場合、液晶分子は、長軸が配向膜に沿った方向に傾斜した状態になる。ところが、電界がかかる領域では液晶分子は起き上がり、最も電界強度の高い状態では垂直に立ち上がる。このため、図４のように電界強度分布が存在すると、その電界強度とは逆向きに屈折率分布が発生する。
【００５６】
従って、光源２ｃの光束が光学素子１０に入射する場合、電極２１ａ、電極２１ｂの電位の大きさを変えることによって、図３（ａ）下段に示す屈折率分布のブレーズ回折素子を形成することが可能である。このブレーズ回折素子によって、光源２ｃの光束は回折、発散し対物レンズ１１に入射する。これにより、光学素子１０と対物レンズ１１の間において、物点距離が擬似的に短い状態を作り出し、光源２ｂの波長・基板厚に対して波面収差を小さくすることが可能になる。
【００５７】
一方、光源２ｄの光束が光学素子１０に入射する場合、電極２５ａ、電極２５ｂの電位の大きさを変えることで、図３（ｂ）下段に示す屈折率分布のブレーズ回折素子を形成することが可能である。このブレーズ回折素子によって、光源２ｄの光束は回折、発散し対物レンズ１１に入射する。これにより、光学素子１０と対物レンズ１１の間において、物点距離が擬似的に短い状態を作り出し、光源２ｄの波長・基板厚に対しても波面収差を小さくすることが可能になる。
【００５８】
また、光源２ｂの光束が光学素子１０に入射する場合、電極２１ａ、電極２１ｂの電位の大きさを揃え、かつ電極２５ａ、電極２５ｂの電位の大きさを揃えることで、液晶層２３の電界強度を均一化し、そのまま透過させ、対物レンズ１１に入射させる。
【００５９】
ブレーズ回折素子の回折効率ηは、液晶の複屈折をΔｎ、厚さをｄ、入射する光束の波長をλ、回折する回折次数をｍとすると、（数３）の式で与えられる。
【００６０】
【数３】
2006286028.tif 000007
ここで、電極２１ａと電極２１ｂ、または電極２５ａと電極２５ｂに電圧を印加したときに発生するブレーズ回折素子によって、回折効率を８０％以上得る場合、次の（数４）の式の条件を満たせば良い。
【００６１】
【数４】
2006286028.tif 000008
ただし、Δｎｄ＝ｍλの時には回折効率が１００％で最大になる。
【００６２】
液晶材料の複屈折は一般的にΔｎ＝０．２程度になる。また、光学素子１０において、中心波長λＣＤ＝７８５ｎｍのＣＤの光束と、中心波長λＤＶＤ＝６６０ｎｍの光束に対して、回折作用を引き起こし、高い回折効率ηを得ようとする場合、ＣＤの光束の回折次数ｍＣＤをｍＣＤ＝５、ＤＶＤの回折次数ｍＤＶＤをｍＤＶＤ＝６とし、さらに液晶の厚さ２０μｍにすることで、９５％以上の高い回折効率のブレーズ回折素子を得られることが図５より分かる。
【００６３】
先に説明したように、一般的な記録型光ディスクドライブに搭載される光ピックアップでは、偏光光学系が用いられている。このような光学系に対しては、本実施形態の光学素子１０を通過する光束は往復で偏光方向が９０度異なる直線偏光なので、液晶層２３で生成されたブレーズ回折素子は、往路または、復路にしか作用しない。次に、往復で偏光方向が９０度変わる偏光光学系に対して用いる光学素子１０について説明する。
【００６４】
往復で偏光方向が９０度変わる偏光光学系に対して光学素子１０を用いる場合、対物レンズ１１と立ち上げミラー９の間にλ／４板を配置し、このλ／４板と立ち上げミラー９の間に、図６に示す構成の光学素子１０を配置すれば良い。
【００６５】
図６で示される光学素子は、往路の光束に対して作用する第１の光学素子１０ａと復路の光束に対して作用する第２の光学素子１０ｂを透明部材を介して積層した構成とし、第１の光学素子１０ａの液晶層を挟む配向膜と、第２の光学素子１０ｂの液晶層を挟む配向膜は９０度方向を異ならせたものである。
【００６６】
図８は、偏光光学系に対して、図６に示す光学素子１０に入射した光束を往復で回折させる場合の液晶の分子配向の模式図である。
【００６７】
情報記録媒体１２に向かう往路の光束の偏光方向をｘ方向、情報記録媒体１２から戻ってきた復路の光束の偏光方向をｙ方向とする。往路の光束は、図８左側に示されるように、均一な屈折率の第２の光学素子１０ｂを抜け、第１の光学素子１０ａの屈折率分布で形成されたブレーズ回折素子により発散するように回折する。一方、往路の光束は、均一な屈折率の第１の光学素子１０ａを抜け、第２の光学素子１０ｂのブレーズ形状の屈折率分布で形成された回折素子により発散するように回折する。
【００６８】
このように、特定の２つの波長の光束（光源２ｃおよび光源２ｄ）に対して、情報記録媒体１２に向かう往路の光束で図６の光学素子１０に入射する光束を平行光にし、図６の光学素子１０を出射する光束を発散光にすることで、波面収差を最適化することが可能になる。さらに、情報記録媒体１２で反射した復路の光束で光学素子１０に入射する光束が収束光でも、光学素子１０を出射する光束を平行光にし、各種光学素子を自由に配置することが可能になる。
【００６９】
また、図６に示される光束の往復時に作用する光学素子１０は、図７に示すように透明部材を介してλ／４板をさらに積層しても良い。
【００７０】
ところで、本実施形態の光学素子１０は、前述したようにある特定の２波長の平行光をある角度を持った発散光に変換して、対物レンズ１１に入射させることで、波面収差を低減させる素子である。ところが、対物レンズ１１と、本実施形態の光学素子１０の光軸がずれた場合、大きなコマ収差が発生する。そこで、対物レンズ１１と本実施形態の光学素子１０を、図９に示すように、ボビン２９に、光学素子１０と対物レンズ１１とを取り付けて一体化し、ボビン２９を情報記録媒体１２のフォーカス方向、トラック方向に動かすことで、波面収差が低減された状態を維持できる。
【００７１】
以上説明してきた光学素子を備えた光ピックアップによれば、３つの波長の異なる光源と３種類の光ディスクの基盤厚との各組合せに対して、波面収差を低減させ、良好なスポットを得ることが可能になる。
【００７２】
図１０は図１〜図９で説明した光学素子を有する光ピックアップを搭載した光ディスク装置の構成を示す説明図である。
【００７３】
光ディスク装置３０は、シークモータ３１，情報記録媒体１２を回転駆動するためのスピンドルモータ３２、光ピックアップ装置３３、レーザ制御回路３４、エンコーダ３５、ドライバ３６、再生信号処理回路３７、バッファＲＡＭ３８、バッファマネージャ３９、インターフェース４０、フラッシュメモリ４１、ＣＰＵ４２およびＲＡＭ４３などを備えている。なお、図１０における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
【００７４】
光ピックアップ装置３３は、図２〜図９を用いて説明した光学素子１０を備えたものであり、情報記録媒体１２のスパイラル状または同心円状のトラック（記録領域）が形成された記録面の所定位置にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するための装置である。
【００７５】
再生信号処理回路３７は、Ｉ／Ｖアンプ３７ａ、サーボ信号検出回路３７ｂ、ウォブル信号検出回路３７ｃ、ＲＦ信号検出回路３７ｄおよびデコーダ３７ｅなどから構成されている。Ｉ／Ｖアンプ３７ａは、光ピックアップ装置３３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換するとともに、所定のゲインで増幅する。サーボ信号検出回路３７ｂは、Ｉ／Ｖアンプ３７ａの出力信号に基づいてサーボ信号（フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号など）を検出する。ウォブル信号検出回路３７ｃは、Ｉ／Ｖアンプ３７ａの出力信号に基づいてウォブル信号を検出する。ＲＦ信号検出回路３７ｄは、Ｉ／Ｖアンプ３７ａの出力信号に基づいてＲＦ信号を検出する。デコーダ３７ｅは、ウォブル信号検出回路３７ｃで検出されたウォブル信号からＡＤＩＰ（Address In Pregroove）情報および同期信号などを抽出する。ここで抽出されたＡＤＩＰ情報はＣＰＵ４２に出力され、同期信号はエンコーダ３５に出力される。また、デコーダ３７ｅは、ＲＦ信号検出回路３７ｄで検出されたＲＦ信号に対して復号処理および誤り訂正処理等を行った後、再生データとしてバッファマネージャ３９を介してバッファＲＡＭ４０に格納する。なお、再生データが音楽データの場合には外部のオーディオ機器などに出力される。
【００７６】
サーボ信号検出回路３７の出力に基づいて、フォーカスエラー信号に基づいてフォーカスずれを補正するための制御信号（フォーカス制御信号）を生成し、トラックエラー信号に基づいてトラックずれを補正するための制御信号（トラッキング制御信号）を生成され、各制御信号はそれぞれドライバ３６に出力される。
【００７７】
ドライバ３６は、ＰＵ（ピックアップ）制御回路３６ａ、液晶制御回路３６ｄ、シークモータ制御回路３６ｂおよびＳＰ（スピンドルモータ）制御回路３６ｃを備えており、ＰＵ（ピックアップ）制御回路３６ａはフォーカス制御信号に応じた駆動電流、およびトラッキング制御信号に応じた駆動電流等を光ピックアップ装置３３に出力する。また、シークモータ制御回路３６ｂはＣＰＵ４２からのシーク制御信号に応じた駆動信号を光ピックアップ装置３３に出力する。さらに、ＳＰ（スピンドルモータ）制御回路３６ｃは、ＣＰＵ４２の指示に基づいてスピンドルモータ３２に駆動信号を出力する。
【００７８】
前記バッファマネージャ３９は、バッファＲＡＭ３８へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定量になるとＣＰＵ４２に通知する。
【００７９】
前記エンコーダ３５は、ＣＰＵ４２の指示に基づいてバッファＲＡＭ３８に蓄積されているデータをバッファマネージャ３９を介して取り出し、データの変調およびエラー訂正コードの付加等を行い、情報記録媒体１２への書き込み信号を生成するとともに、再生信号処理回路３７からの同期信号に同期して書き込み信号をレーザ制御回路３４に出力する。液晶制御回路３６ｄは、情報記録媒体１２の種類を判別した信号に基づいて、光学素子１０（図１参照）の電極層に出力する電流を制御するものである。
【００８０】
レーザ制御回路３４は、エンコーダ３５からの書き込み信号およびＣＰＵ４２の指示に基づいて、情報記録媒体１２に照射するレーザ光の出力を制御する制御信号を光ピックアップ装置３３に出力する。
【００８１】
インターフェース４０は、上位装置４４（例えばパーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）の規格に準拠している。
【００８２】
フラッシュメモリ４１には、ＣＰＵ４２にて解読可能なコードで記述されたプログラムが格納されている。そして、ＣＰＵ４２は、フラッシュメモリ４１に格納されているプログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータなどを一時的にＲＡＭ４３に保存する。
【００８３】
情報記録媒体１２としてＣＤ規格に相当する光ディスクが置かれた場合、レーザ制御回路３４は７６０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光束を出射する光源を点灯させると同時に、液晶制御回路３６ｄによって、該当する各電極層に電位を与え、液晶部にブレーズ型回折素子を形成し、微小スポットを形成する。
【００８４】
情報記録媒体１２としてＤＶＤ規格に相当する光ディスクが置かれた場合、レーザ制御回路３４は６４０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長の光束を出射する光源を点灯させると同時に、液晶制御回路３６ｄによって、該当する各電極層に電位を与え、液晶部にブレーズ型回折素子を形成し、微小スポットを形成する。
【００８５】
また、情報記録媒体１２としてＢｒｕ−ｒａｙ規格に相当する光ディスクが置かれた場合、レーザ制御回路３４は３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長の光束を出射する光源２ｂを点灯させると同時に、液晶制御回路２６ｄによって、該当する各電極層に電位（この場合、全ての電極の電位を揃える）を与え、液晶部を平行平板として作用させ、微小スポットを形成する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢｌｕ−ｒａｙの３つのディスク規格に対して、情報の記録あるいは再生を行う装置の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明を実施するための光ディスク装置における光ピックアップの基本構成を示す概略構成図
【図２】本発明の光学素子の構成例を示す断面図
【図３】本発明の光学素子の電極層の構成例と、その電極に電位を与えたときの電界強度、屈折率分布を示す模式図
【図４】ブレーズ形状の屈折率分布が発生するメカニズムを説明する液晶分子配向の模式図
【図５】ＤＶＤとＣＤの光束を高効率で回折させるための液晶の厚さを算出した回折効率特性図
【図６】偏光光学系に適用できる本発明の構成例を示す断面図
【図７】λ／４板を積層した場合の本発明の構成例を示す断面図
【図８】偏光光学系に適用できる本発明の光学素子において、ブレーズ形状の屈折率分布が発生するメカニズムを説明する液晶分子配向の模式図
【図９】軸ずれによる波面収差の劣化を抑えるための本発明の構成図
【図１０】本発明の光ピックアップを搭載した光ディスク装置を説明する概略図
【図１１】一般的な光ピックアップの構成図
【図１２】偏光光学系を使った光ピックアップの構成図
【図１３】特許文献１の偏光選択性の３世代互換を行うための構成図
【図１４】特許文献２の波面収差補正液晶ユニットを説明する構成図
【符号の説明】
【００８８】
１ｃ，１ｄ  受光ユニット
２ｃ，２ｄ，２ｂ  光源
３ｃ，３ｄ  光分岐手段
４ｃ，４ｄ，４ｂ  受光素子
５ｃ，５ｄ，５ｂ  カップリングレンズ
６  光束合成手段
７  光束合成手段
８  光分岐手段
９  立ち上げミラー
１０  光学素子
１１  対物レンズ
１２，１２ｂ，１２ｄ，１２ｃ  情報記録媒体
２０，２６  透明部材部分
２１  第１の電極層
２１ａ，２１ｂ  電極
２２  配向膜
２３  液晶層
２４  配向膜
２５  第２の電極層
２５ａ，２５ｂ  電極
２７  ＩＴＯ
２８  隙間
２９  ボビン
３０  光ディスク装置
３１  シークモータ
３２  スピンドルモータ
３３  光ピックアップ装置
３４  レーザ制御回路
３５  エンコーダ
３６  ドライバ
３７  再生信号処理回路
３８  バッファＲＡＭ
３９  バッファマネージャ
４０  インターフェース
４１  フラッシュメモリ
４２  ＣＰＵ
４３  ＲＡＭ
【図１】
2006286028.tif 000009
【図２】
2006286028.tif 000010
【図３】
2006286028.tif 000011
【図４】
2006286028.tif 000012
【図５】
2006286028.tif 000013
【図６】
2006286028.tif 000014
【図７】
2006286028.tif 000015
【図８】
2006286028.tif 000016
【図９】
2006286028.tif 000017
【図１０】
2006286028.tif 000018
【図１１】
2006286028.tif 000019
【図１２】
2006286028.tif 000020
【図１３】
2006286028.tif 000021
【図１４】
2006286028.tif 000022